含煤系統

煤田地質(zhì)與勘探Vol.30 No.212，COAL GEOL0OGY & EXPLORATIONApr. 2002文章編號:1001- 19862002 )02-0012-04含煤系統趙忠新，王華,甘華軍韓晉陽(yáng)( 中國地質(zhì)大學(xué)湖北武漢430074 )摘要:從煤地質(zhì)學(xué)和系統論結合的基礎上提出含煤系統的概念。含煤系統的基本要素有:物源聚煤環(huán)境、地下熱流。有關(guān)的成煤作用包括泥炭的原地堆積一異地搬運作用、地殼旋回運動(dòng)所引起的埋藏作用和成煤階段的熱變質(zhì)作用。這些基本要素和成煤作用必須在時(shí)間空間上相配置才有可能形成有工業(yè)價(jià)值的煤層。含煤系統在時(shí)間上可以分為物質(zhì)來(lái)源子系統、物質(zhì)堆積子系統、埋藏變質(zhì)子系統。在空間上可以分為若干低一級的與 此含煤系統特征相似的含煤子系統。關(guān)鍵詞煤,含煤系統基本要素成煤作用子系統中圖分類(lèi)號:P618.11文獻標識碼:A2.1 含煤系統的基本要素1引言2.1.1物源含油氣系統( petroleum system )的概念是在1972物源包括植物和泥炭。植物是指地質(zhì)歷史時(shí)期年Dow提出的石油系統(oilsystem)的基礎上發(fā)展而與煤形成有關(guān)的,作為泥炭來(lái)源的各種高等植物。來(lái),經(jīng)過(guò)Magoon、 Perrodon 和Demaison 等人的發(fā)泥炭是高等植物遺體在復雜的生物化學(xué)作用下轉變展1-3]業(yè)已取得了豐碩的理論成果和實(shí)際效益。成的合成物質(zhì)與水中溶解的礦物質(zhì)混合在-起形成煤的形成機制與油氣的形成機制既有相似之處的,它是煤的前身5]。.又有很大的差別。它們在形成過(guò)程中都要經(jīng)過(guò)埋2.1.2聚煤環(huán)境藏、變質(zhì)等-系列地質(zhì)作用,但油氣形成后有一個(gè)運植物的遺體并不是在任何環(huán)境下都能順利地以聚的過(guò)程,而煤基本上是在原地產(chǎn)出的。根據煤和原地生成方式堆積并轉變?yōu)槟嗵康?而是需要一定.油氣在形成機制上的相似性筆者在煤地質(zhì)研究與的條件。具備這樣條件的環(huán)境就是沼澤。通過(guò)對現系統論結合的基礎上提出了含煤系統( coal system )代泥炭田的觀(guān)察除極地外雖然各個(gè)緯度上都有泥的概念,目的是為了將煤的形成過(guò)程中復雜、紊亂的炭堆積,但絕大多數位于北半球高緯度帶6。在這自然現象和地質(zhì)作用表述得更加系統化而不是對些區帶中有利于煤層形成的聚煤環(huán)境應包括濱海障含油氣系統概念的簡(jiǎn)單模仿。壁島后的瀉湖及海灣邊緣地帶濱湖平源潮間至潮上帶河流三角洲平原特別是上、下三角洲過(guò)渡帶與2含煤系統的定 義和描述廢棄三角洲平原曲流河體系的泛濫平原與牛軛湖根據一般系統論概念系統可分為自然系鋶(包網(wǎng)狀河的河間灘或島、沖積扇前緣平原以及內陸湖括物質(zhì)系統、能量系統、生物系統、生態(tài)系統等)人濱等7]。造系統(包括概念系統、工具系統、管理系統、社會(huì )系2.1.3地下熱流統等和復合系統(自然系統與人造系統的復合)3泥炭隨著(zhù)埋深的增大經(jīng)過(guò)成巖作用形成褐煤。大類(lèi)4。筆者把含煤系統定義為一個(gè)自然系統這當地溫繼續上升時(shí)煤進(jìn)-步變質(zhì)煤級變高。成煤個(gè)自然系統包括煤層、含煤巖系、含煤巖系的沉積相的變質(zhì)作用公認主要是由升溫促進(jìn)化學(xué)反應的結以及所有與煤形成有關(guān)的各種地質(zhì)作用。其基本要表1含煤系統的基本要素和成煤作用素有物源(植物及泥巖)聚煤環(huán)境地下熱流。有含煤系統的基本要素含煤系統的成煤作用關(guān)的成煤作用包括:泥炭的原地堆積一異地搬運作中國煤化工原地堆積-異地搬運作用用、地殼旋回運動(dòng)所引起的埋藏作用和成煤階段的MHCNMH G回運動(dòng)所引起的埋藏作用熱變質(zhì)作用。(表1)地下熱流成煤階段的熱變質(zhì)作用收稿日期2001-04-18基金項目國家自然科學(xué)基金項目( 49902012和教育部《高等學(xué)校骨干教師資助計劃》項目資助作者簡(jiǎn)方趣悲新1977-)男山東濟南人，中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院碩士從事煤、油氣地質(zhì)與勘探方面的研究第2期趙忠新王華等含煤系統13●果。成煤變質(zhì)有多種地下熱源,即以正常地溫梯度表2含煤系 統的子系統分類(lèi)為熱源;以巖漿為熱源;以熱液或熱水為熱源;以深含煤系統大斷裂.上導的高溫為熱源;以及莫霍面抬高構成地空間，上含煤子系統的組成時(shí)間上含煤子系統的組成煤層物質(zhì)來(lái)源子系統熱場(chǎng)異常8]。含煤巖系物質(zhì)堆積子系統2.2含煤系統的成煤作用頂底板巖層埋藏變質(zhì)子系統2.2.1泥炭的原地堆積和異地搬運作用原來(lái)系統的參數看作是外部影響因素或相鄰的同級按成煤植物遺體是否經(jīng)過(guò)搬運而堆積的成煤過(guò)子系統。- 般地說(shuō)系統的層次性是系統與子系統程,可將煤(泥炭)分為原地堆積和異地搬運兩種作之間的一種垂向結構關(guān)系。系統中的任-子系統,用類(lèi)型。多年來(lái)人們普遍接受絕大部分有經(jīng)濟價(jià)向上被高一級的系統所包含,向下則包含低-級的值的煤礦床是原地生成”的觀(guān)念[9]但近幾年來(lái)有關(guān)系統。根據上述系統論概念可將含煤系統進(jìn)行分風(fēng)暴異地煤?jiǎn)?wèn)題或異地堆積煤的研究1011]有了長(cháng)類(lèi)。(表2)足的進(jìn)展。從總體上看含煤系統空間上的層次性應該和2.2.2地殼旋回運動(dòng)所引起的埋 藏作用沉積巖層的旋回性相一致。每-次海平面(湖平面)地殼旋回運動(dòng)對煤形成的影響十分重要。首的周期性變化(地殼旋回)所形成的煤層及其含煤巖先泥炭層的聚積要求地殼發(fā)生緩慢的下降。下降系都可以看作是一個(gè)含煤系統(子系統) ,由若干個(gè)的速度最好與植物物質(zhì)聚積的速度大致平衡。其次這樣的含煤系統可組成更高-級的含煤系統。通常泥炭層的保存和轉變成煤層要求地殼發(fā)生較大幅一個(gè)盆地中所有的煤層及其含煤巖系所組成的一整度和較快的沉降。再其次地殼在總的下降過(guò)程中發(fā)套地層為一個(gè)完整的含煤系統,也是一個(gè)最高級別生多次的升降或間歇性的下降就能在同一地區形的含煤系統。其下可以分為若干含煤子系統，這些成較多的煤層。子系統都由彼此完整的-個(gè)或多個(gè)含煤巖系組成。2.2.3成煤階段的熱變質(zhì)作用它們各自包含有自己的煤層、含煤巖系及其頂底板泥炭層形成后隨著(zhù)地殼的沉降泥炭層很快被巖層。(圖2)沉積物掩蓋。促使泥炭層中有機物質(zhì)變化的因素主含煤系統在時(shí)間上可分為物質(zhì)來(lái)源子系統、物要來(lái)自地熱及巖漿熱的溫度。隨著(zhù)溫度的升高泥質(zhì)堆積子系統、埋藏變質(zhì)子系統。其中每一個(gè)子系炭層中有機質(zhì)分子的結構將發(fā)生一系列變化物理統中都包含自己的組成要素或組成部分。物質(zhì)來(lái)源性質(zhì)和化學(xué)工藝性質(zhì)也相應地發(fā)生變化。泥炭層轉子系統中的要素為:古植物種類(lèi)、古植物生長(cháng)的地理變成煤層或在溫度不斷增高的情況下繼續變質(zhì)轉范圍。物質(zhì)堆積子系統又可分為原地堆積(原地成變?yōu)榧墑e高的煤型。當 地熱比較高時(shí),泥炭在很短煤說(shuō))和異地堆積(異地成煤說(shuō))埋藏變質(zhì)子系統的時(shí)間就可以變質(zhì)為煙煤甚至無(wú)煙煤當地熱低時(shí)又有壓力、溫度等要素。(圖3)泥炭也可以在長(cháng)時(shí)間內受到地熱的烘烤形成高級別古代植物從泥盆紀開(kāi)始經(jīng)過(guò)石炭紀到晚二疊的煤。(圖1泥炭轉變成煤和煤型之間轉變的時(shí)刻世早期,以孢子植物蕨類(lèi)和裸子植物的種子蕨為主。稱(chēng)為關(guān)鍵時(shí)刻。晚二疊世晚期到中生代早期進(jìn)入裸子植物時(shí)代。從早白堊世晚期開(kāi)始被子植物迅速代替了裸子植物3含煤系統的層次結構研究系統內某一組成部分的特征和過(guò)程時(shí),可群這三個(gè)時(shí)期成為古代三個(gè)重要的聚煤期。而這.以將該組成部分看作一個(gè)完整的次級子系統,僅將些古植物生長(cháng)的地理范圍無(wú)疑是在沉積盆地的泥炭沼澤中這些泥炭沼澤包括漂浮沼澤、低位沼澤和其內部的某些參數作為該子系統的組成部分而將高位沼澤12。(圖4)150050 Ma!成煤階段無(wú)煙煤中國煤化工容層關(guān)鍵時(shí)間棚煤HCNMHG↑關(guān)鍵時(shí)間個(gè)關(guān)鍵時(shí)間占植物含煤子系統圖2含煤系統的空間子 系統分析示意圖萬(wàn)萬(wàn)數據虛構的含煤系統事件圖煤田地質(zhì)與勘探第30卷14●300 250 20 1501000一植物的種賣(mài)也質(zhì)來(lái)?yè)袅讼到y一生K的地理d0原地堆積物質(zhì)飾積了系飲4并地搬運]2.02.5理減交質(zhì)子系統21F1圖3含煤系 統的時(shí)間子系統分析示意圖湖邊的漂浮沼澤摔水不良地區的低位招澤300 250 200 1.5000500t /Ma圖5虛構的含煤系 統的埋藏史圖1一沉降曲線(xiàn)2一 Rma% ;繁茂的植物群戶(hù)口人調的低位沼譯3--熱流變化 據李思田修改,1987)e.煤層下伏、其間和上覆的碎屑沉積物研究;d.含煤巖系沉積環(huán)境和沉積模式的研究。受限制的植物群微低位沼澤筆者認為任何含煤系統的研究都應當包括表3中所概括的某些組成部分。極受限制和矮化的植物群期泊 高位 泗繹5總結和建議一個(gè)含煤系統包括煤層、含煤巖系、含煤巖系的沉積相以及所有與煤形成有關(guān)的各種地質(zhì)作用。其基本要素有物源(植物及泥炭)聚煤環(huán)境、地下熱流。有關(guān)的成煤作用包括泥炭的原地堆積一異地圖4沼澤類(lèi)型及其演變序列據Romanov ,1968 )搬運作用、地殼旋回運動(dòng)所引起的埋藏作用和成煤煤常常分為異地煤和原地煤兩種基本類(lèi)型。大階段的熱變質(zhì)作用。這些基本要素和成煤作用必須多數煤是原地成因的但少數煤無(wú)疑是異地成因的。在時(shí)間空間上相配置才有可能形成有工業(yè)價(jià)值的例如燭煤是由沖刷來(lái)到湖泊中,以腐泥形式堆積的煤層。對含煤系統中每一個(gè)基本要素的研究都可以降解泥炭組成。在確定含煤系統之前單獨進(jìn)行。含煤系統在時(shí)間上泥炭埋藏后隨著(zhù)聚煤盆地基底沉降經(jīng)成巖作可以分為物質(zhì)來(lái)源子系統、物質(zhì)堆積子系統、埋藏變用逐漸形成褐煤;聚煤盆地基底繼續沉降接著(zhù)而質(zhì)子系統。在空間上可以看作若干低一級的特征相來(lái)的是煤的深成變質(zhì)作用煤的變質(zhì)程度隨著(zhù)煤層似的含煤子系統的組合。(垂相疊加)沉降幅度的加大、地溫的增高和受熱時(shí)間的持續而含煤系統的研究?jì)热莅盒再|(zhì)的研究形成加深(據楊起,1996)它可以用--張埋藏史圖來(lái)表泥炭的環(huán)境和同期碎屑的沉積作用的研究煤層下示。(圖5)伏、其間和上覆的碎屑沉積物的研究含煤巖系的沉積環(huán)境和沉積模式的研究。4含煤系統的研究?jì)热莺合到y這個(gè)概念的提出是將煤地質(zhì)研究系統含煤系統的研究?jì)热莼景ㄒ韵路矫?化的一-種思考,由于筆者知識和經(jīng)驗的欠缺使此概煤性質(zhì)的研究包括煤的顯微組分、灰分含念中國煤化工希望能引起廣大地質(zhì)量(二氧化硫、石英、碳酸巖、粘土礦物和組成煤的無(wú)工作MYHCNMH到拋磚引玉的作用。機成分)煤相(煤/泥炭層的巖性在垂向上和橫向上參考文獻都有變化)的研究;b.形成泥炭的環(huán)境和同期碎屑物沉積作用的[1] Magon L B ,Dow W C. The Perolum SystemnFron Soure 0 Taep研究;[A]AAPG Memoir ;Mulsa , Olabona ,USA Pbliated by AAPC,第2期趙忠新王華等含煤系統15●表3含煤系統的研究?jì)热輬D或表要求的信息圖確定含煤系統中所包含煤田的位置含煤系統的地理范圍;含煤系統埋藏史圖的位置表列出含煤系統中的煤田含煤巖系的名稱(chēng)、年代、巖性以了解含煤系統中最常見(jiàn)的沉積巖、沉積構造及上下巖層的時(shí)代、巖性橫剖面構造和地層信息例如變形方式和巖石單元;表明含煤表示含煤巖 系的上覆、下伏巖層;洽煤系統埋藏史圖的埋藏史圖巖石單元沉積時(shí)間巖石單元厚度巖石單元名稱(chēng)巖石埋藏 史圖中確定的含煤系統事件圖信息,例如各類(lèi)型煤?jiǎn)卧獛r性生成的起始和末端時(shí)間以及關(guān)鍵時(shí)間事件圖地殼運動(dòng)對含煤系統的影響表明各階段煤的演化和關(guān)含煤系統事件圖是在-張圖上概括系統的基本要素和鍵時(shí)間作用以及關(guān)鍵時(shí)間煤層之間的對比克告物證據 例如來(lái)自不同煤層的動(dòng)植物化石或同位素建立構造和地 層一致的地化、克生物和同位素對比關(guān)系確定不同含煤系統的地理和地層范圍1994 60 3-24.[8]楊起.中國煤的疊加變質(zhì)作用[J]地學(xué)前緣1999 及(增刊):1[2] Perodon A. Petroleum sytems :models and apication[ J ] Joumnal ofPetroleum geology 1992 ,15( 3 )319- 326.[9] Tichuller M Tihmuller R. The gological basic of coal fonatio[ A][3 ] Demaison G ,Huizinga B J. Genetic lassification of petroleum sysemIn Stach E ,Mackowsky M T H ,Teichmullr M et al . 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While its geologic activities include peat accumulation and transportation embeddingactivity caused by diastrophism and geothermal metamorphism of coal. The collocation of these basic factors and coal forming activties in time andspace allows the formation of valuable coal beds. A coal system can be divided into substance source subsystem accumulation subsystem and meta-morphism system in temporal range. Whereas in special range it may fall into several low class subsystems ,resembling with super-coal system.Key words coal icoal system ;basic factor coal-forming activities isubsystem新疆戈壁地區三維地震勘探技術(shù)研究"等兩項目獲西安市科技進(jìn)步獎?chuàng )靼彩锌莆?001年度西安市科技進(jìn)步獎近日頒震地質(zhì)條件和黃陵礦區-號井突發(fā)涌水的復雜環(huán)境發(fā)揮分布煤科總院西安分院兩個(gè)項目榜上有名。其中",新疆戈壁院物探技術(shù)的優(yōu)勢,開(kāi)展了多方面的研究,取得了理想的地地區三維地震勘探技術(shù)研究"獲二等獎",陜西黃陵一號井堵質(zhì)效果和經(jīng)濟效益為現場(chǎng)解決了實(shí)際問(wèn)題獲得現場(chǎng)好評。水工程綜合物探技術(shù)研究"獲三等獎。該兩項目均為應用技術(shù)研究項目參加項目的研究人員分別針對新疆復雜的地(煤炭科學(xué)研究總院西安分院夏宇靖 )煤礦地勘測量水文綜合管理信息中國煤化工CNMHG由兗州礦業(yè)集團公司東灘煤礦、北京大學(xué)和中國礦業(yè)系統設計及實(shí)現提供了基礎不久前獲得了煤炭工業(yè)科技進(jìn)大學(xué)共同完成的東灘煤礦地質(zhì)、測量、水文計算機綜合管理步三等獎。信息系統”全面地分析了礦山信息系統的構成和特點(diǎn)進(jìn)而提出地質(zhì)、測量、水文綜合管理信息系統的總體目標,為軟件(兗州礦業(yè)(集團公司設計院李劍鋒)